مطالعه جدید درباره خطرات ویرایش ژن در جنین انسان هشدار می دهد

دانشمندان کشف کرده اند که سلول های جنین اولیه انسان اغلب قادر به ترمیم آسیب به DNA خود نیستند. محققان می‌گویند که این امر پیامدهای مهمی برای استفاده پیشنهادی از تکنیک‌های ویرایش ژن برای حذف بیماری‌های ارثی جدی از رویان و همچنین برای IVF به طور کلی دارد.

ارائه تحقیق به 39^هفتم دکتر نادا کوبیکوا از دانشگاه آکسفورد (بریتانیا) در نشست سالانه انجمن اروپایی تولید مثل انسان و جنین شناسی (ESHRE)، گفت: «ویرایش ژن پتانسیل اصلاح ژن های معیوب را دارد، فرآیندی که معمولاً ابتدا شامل شکستن و سپس ترمیم می شود. یافته‌های جدید ما هشداری را ارائه می‌کند که فناوری‌های رایج ویرایش ژن ممکن است عواقب ناخواسته و بالقوه خطرناکی داشته باشند، اگر روی جنین‌های انسان اعمال شوند.

او توضیح داد که چگونه ابزار ویرایش ژن CRISPR-Cas9 را برای برش و جایگزینی بخش هایی از DNA در سلول های اولیه جنین ارزیابی کرد.

نتایج ما نشان می‌دهد که استفاده از CRISPR-Cas9 در جنین‌های اولیه انسان خطرات قابل‌توجهی دارد. ما دریافته‌ایم که DNA سلول‌های جنینی را می‌توان با کارایی بالا هدف قرار داد، اما متأسفانه این امر به ندرت منجر به تغییرات مورد نیاز برای اصلاح یک ژن معیوب می‌شود. اغلب، رشته DNA به طور دائمی شکسته می شود، که به طور بالقوه می تواند منجر به ناهنجاری های ژنتیکی اضافی در جنین شود.

دکتر نادا کوبیکووا، دانشگاه آکسفورد

استفاده از ویرایش ژن در کودکان و بزرگسالان مبتلا به بیماری های ناشی از جهش های ژنی مانند فیبروز کیستیک، سرطان و بیماری سلول داسی شکل آغاز شده است. اگر بتوان روی جنین ها قبل از لانه گزینی در رحم، ویرایش ژن را انجام داد، از بسیاری از اختلالات ارثی جلوگیری کرد، زیرا این تنها مرحله توسعه است که می توان تضمین کرد که فناوری CRISPR-Cas9 به تمام سلول های جنین برسد. با این حال، از آنجایی که پتانسیل ایجاد تغییراتی در ژنوم انسان دارد که نسل‌ها به نسل‌ها منتقل می‌شود، و به دلیل عدم اطمینان در مورد ایمنی آن، استفاده از آن در جنین در حال حاضر در اکثر کشورهای جهان ممنوع است. [2].

دکتر کوبیکووا گفت: «شکاف های قابل توجهی در دانش ما هنوز باقی مانده است. ما می‌خواستیم ارزیابی کنیم که آیا CRISPR-Cas9 می‌تواند روشی مؤثر برای اصلاح اشتباهات ژنتیکی در جنین‌های انسان باشد و روشن کنیم که آیا استفاده از چنین روش‌هایی بی‌خطر است یا خیر.

در یک مطالعه تایید شده از نظر اخلاقی، دکتر Kubikova و همکارانش تخمک های اهدایی را با اسپرم اهدایی با استفاده از تزریق داخل سیتوپلاسمی اسپرم (ICSI) برای ایجاد 84 جنین بارور کردند. در 33 مورد از جنین ها، آنها از CRISPR-Cas9 برای ایجاد شکاف در دو رشته تشکیل دهنده مولکول DNA استفاده کردند که به شکستگی دو رشته ای DNA معروف است.

دکتر Kubikova گفت: ما از CRISPR برای هدف قرار دادن مناطقی از DNA که حاوی هیچ ژنی نیستند استفاده کردیم. این به این دلیل است که ما می‌خواستیم یاد بگیریم که چگونه CRISPR روی سلول‌های جنین و DNA آنها تأثیر می‌گذارد و تغییرات ناشی از اختلال در یک ژن خاص، حواسمان را پرت نکند.»

51 جنین باقی مانده به عنوان شاهد نگهداری شدند.

تمام سلول‌های بدن مکانیسم‌های بسیار کارآمدی برای ترمیم آسیب‌هایی دارند که روی DNA آن‌ها تأثیر می‌گذارند. در بیشتر موارد، انتهای رشته‌های DNA شکسته به سرعت دوباره به هم متصل می‌شوند. این بسیار مهم است، زیرا تداوم آسیب DNA ترمیم نشده سلول‌ها را به درستی کار نمی‌کند و می‌تواند متداول‌ترین روشی که سلول‌ها DNA را ترمیم می‌کنند، اتصال مجدد دو سر رشته DNA است، اگرچه زمانی که این اتفاق می‌افتد معمولاً چند حرف از کد ژنتیکی در محلی که رشته‌ها دوباره به هم متصل می‌شوند حذف یا تکرار می‌شوند. این می تواند ژن ها را مختل کند و اجازه نمی دهد جهش ها اصلاح شوند. این به عنوان اتصال انتهایی غیر همولوگ شناخته می شود.

یکی دیگر از راه‌هایی که سلول‌ها می‌توانند شکستگی در DNA را ترمیم کنند، استفاده از یک کپی سالم از ناحیه آسیب‌دیده به عنوان الگو، کپی کردن آن و جایگزینی ناحیه آسیب‌دیده در حین انجام این کار است. این امکان وجود دارد که سلول‌ها را با تکه‌هایی از DNA حاوی کمی حاوی DNA تامین کنیم. توالی‌های DNA تغییر یافته، مانند داشتن یک توالی طبیعی به جای جهش. سپس سلول ممکن است از این الگوها برای ترمیم شکست ایجاد شده توسط CRISPR، حذف قطعه شکسته DNA و کپی کردن بقیه توالی ارائه شده در همان زمان استفاده کند. این به عنوان تعمیر همسانی شناخته می شود و فرآیندی است که برای اصلاح یک جهش لازم است.”

محققان تغییراتی را در سایت‌های هدف DNA در 24 جنین از 25 جنین شناسایی کردند که نشان می‌دهد CRISPR در سلول‌های جنین انسان بسیار کارآمد است. با این حال، تنها نه درصد از سایت‌های هدف با استفاده از فرآیند مفید بالینی تعمیر مبتنی بر همولوژی تعمیر شدند. پنجاه و یک درصد از رشته‌های شکسته DNA تحت اتصال انتهایی غیر همولوگ قرار گرفتند که در آن رشته‌ها جهش ایجاد کردند. 40 درصد باقی مانده از رشته های شکسته DNA ترمیم نشدند. شکستگی های ترمیم نشده در رشته های DNA در نهایت منجر به تکه های بزرگ کروموزوم شد که از محل شکستگی تا انتهای کروموزوم امتداد یافته و از بین می روند یا تکثیر می شوند. ناهنجاری هایی از این نوع بر روی زنده ماندن جنین ها تأثیر می گذارد و اگر جنین های آسیب دیده به رحم منتقل شوند و نوزادی تولید شوند، خطر ناهنجاری های مادرزادی جدی را به همراه خواهند داشت.

“مطالعه ما نشان می دهد که ترمیم مبتنی بر همولوژی در جنین های اولیه انسان نادر است و در چند روز اول زندگی، سلول های جنین انسان برای ترمیم رشته های شکسته DNA تلاش می کنند. CRISPR-Cas9 به طور قابل توجهی در هدف قرار دادن محل DNA کارآمد بود. اکثر سلول‌ها شکستگی DNA ناشی از CRISPR را با استفاده از اتصال انتهایی غیر همولوگ ترمیم کردند، فرآیندی که به جای اصلاح جهش‌های موجود، جهش‌های اضافی را معرفی می‌کند. اگر تلاش‌هایی برای استفاده از CRISPR-Cas9 برای اصلاح اختلالات ارثی انجام شود، این یک چالش خواهد بود. دکتر کوبیکووا گفت: جنین انسان، همانطور که نشان می دهد در اکثر مواقع زمانی که تلاش می شود، موفقیت آمیز نخواهد بود.

“در حالی که نتایج در مورد استفاده از ویرایش ژنوم در جنین انسان هشدار می دهد، یافته های مثبتی وجود دارد که نشان می دهد می توان خطرات را کاهش داد و توانایی حذف موفقیت آمیز جهش ها را با اصلاح روش ویرایش ژنوم افزایش داد. امید به پیشرفت های آینده در فناوری

“به طور متوسط، تنها حدود یک چهارم جنین های ایجاد شده با استفاده از IVF موفق به تولید نوزاد می شوند. نیمی از آنها قبل از انتقال به رحم، رشد خود را در آزمایشگاه متوقف می کنند. ناتوانی جنین ها در ترمیم موثر آسیب DNA، که توسط این نشان داده شده است. مطالعه، ممکن است توضیح دهد که چرا برخی از جنین های IVF رشد نمی کنند. این درک ممکن است منجر به بهبود درمان های IVF شود.”

اکنون، محققان به دنبال راه‌های جدیدی برای محافظت از جنین‌های اولیه در برابر آسیب DNA هستند که می‌تواند منجر به بهبودهای بالقوه در درمان‌های باروری شود. آنها همچنین قصد دارند روش‌های ملایم‌تری را برای ویرایش ژن کشف کنند که از شکستن رشته‌های DNA جلوگیری می‌کند، که ممکن است جنین‌ها راحت‌تر با آن کنار بیایند.

دکتر کوبیکووا در پایان گفت: «در آینده، چنین روش‌هایی ممکن است امکان معکوس کردن جهش‌هایی را که خانواده‌ها را برای نسل‌ها آسیب دیده‌اند، فراهم کند و از به ارث بردن اختلالات فاجعه‌بار جلوگیری کند».

رئیس منتخب ESHRE، پروفسور کارن سرمون، رئیس گروه تحقیقات تولید مثل و ژنتیک، دانشگاه Vrije Universiteit بروکسل، بروکسل (بلژیک)، در این تحقیق شرکت نداشت. او اظهار داشت: “این یک مطالعه عالی توسط دکتر Kubikova و همکارانش است. این مطالعه بر اهمیت این نکته تاکید می کند که چرا ویرایش ژن باید به طور کامل تحقیق و درک شود قبل از هر تلاشی برای ویرایش ژنی جنین های انسانی.

“من فکر می کنم این احتمال وجود دارد که ویرایش ژن در برخی موارد در آینده به ابزار مفیدی برای جلوگیری از تولد نوزادان با بیماری های ژنتیکی جدی در تعداد محدودی از مواردی که آزمایش ژنتیکی قبل از لانه گزینی اعمال نمی شود، تبدیل شود. با این حال، این تحقیق یکی از موارد را نشان می دهد. راه هایی که ممکن است به اشتباه برود. مدتی طول می کشد تا بتوانیم مطمئن شویم که واقعاً درک می کنیم که چگونه از آن با موفقیت بدون هیچ گونه غافلگیری ناخواسته و غیر منتظره استفاده کنیم. این امر مستلزم مقررات سختگیرانه است. در این بین، تحقیقات دقیقی مانند این به ارمغان می آورد. ما یک قدم به ما نزدیک‌تر شده‌ایم، و همچنین ممکن است به درک چگونگی بهبود درمان‌های باروری کمک کند.”